Emner:
- Algemeen
- Overliggende kamaksel
- Underliggende kamaksel
- Raske kamaksler
- Ventil overlapper
- Variabel ventiltiming og ventilløft
- smøring
generelle:
Kamakselen er en viktig del av motoren. Kamakselen sørger for at ventiler åpnes og lukkes slik at luft kan strømme inn og ut av sylinderen. Kamakselen roterer slik at kammen åpner ventilen mot ventilfjærens fjærkraft. Ventilfjæren sørger for at den åpnede ventilen lukkes når kammen fortsetter å rotere.
Kamakselen er plassert på toppen eller bunnen av sylinderhodet, eller nederst på motorblokken. Kamakselen drives av registerremmen, kjedet eller tannhjulene. Se mer om dette i kapittelet distribusjon.
Overliggende kamaksel:
Den overliggende kamakselen brukes kun i dag. Kamakselen plasseres deretter i sylinderhodet. Fordelen med motorer med overliggende kamaksel er at de tåler høyere turtall enn motorer med underliggende kamaksel.
På det venstre bildet kan du se at ventilen er stengt fordi ventilfjæren presser ventilen lukket og at kamakselen roterer med klokken. På det høyre bildet er kamakselen vridd, noe som får kammen til å presse ventilen ned. Fjæren er nå komprimert, og presser ventilen ned. Når kamakselen er dreid videre, vil ventilfjæren skyve ventilen oppover igjen. Ventilfjæren utøver et mottrykk på ca. 20 kg.
Ventilene til en firetaktsmotor åpnes av 1 eller 2 kamaksler. I versjonen med 1 kamaksel betjener den både inntaks- og eksosventiler.
I versjonen med 2 kamaksler betjener den ene kamakselen inntaksventilen(e), og den andre eksosventilen(e). De 2 kamakslene kan drives etter hverandre av 1 registerreim, men det finnes også systemer der den ene kamakselen driver den andre ved hjelp av en separat reim eller kjede (se bildene nedenfor)
Bildene nedenfor er kun eksempler på registerreimkonstruksjonen. Prinsippet er det samme med en registerkjede.
Bildet over til venstre er av en motor utstyrt med en enkelt kamaksel. Dette driver både inntaks- og eksosventilene. Dette brukes vanligvis på for eksempel firesylindrede motorer med 8 eller 12 ventiler (dvs. med 2 eller 3 ventiler per sylinder).
Det midterste bildet er av en motor med dobbel kamaksel, som drives av to registerremmer. Kamakseltandhjulet (1) drives direkte av veivakselen med det store beltet. Bak på remskiven til gir 1 er det et lite tannhjul, som det bakre beltet går over. Dette bakre (lille) beltet driver kamakselens tannhjul (2). Det lille beltet krever en separat strammer. Dette brukes vanligvis på firesylindrede motorer med 16 eller flere ventiler. (altså 4 eller flere ventiler per sylinder)
Det høyre bildet er av en motorsykkelmotor med to kamaksler. Kamakslene drives av både et belte og en kjede. Kamaksel 1 drives av registerremmen, som drives av veivakselen. Kamaksel 2 drives av kjedet som drives av kamaksel 1. Denne kjeden er montert under ventildekselet med en strammer eller en justeringsmekanisme. Dette brukes vanligvis på for eksempel firesylindrede motorer med 16 eller flere ventiler. (fire eller flere ventiler per sylinder)
Underliggende kamaksel:
Tidligere var motorer utstyrt med en underliggende kamaksel. I dag er personbilmotorer kun utstyrt med en overliggende kamaksel. Konstruksjonen med den underliggende kamakselen forsvinner. Ulempen med denne konstruksjonen er at disse motorene ikke tåler høye hastigheter fordi det er mye masse mellom kamaksel og ventil. Ved høye hastigheter vil det oppstå for mye slør og ventilen vil ikke lenger åpne og lukke til riktig tid.
Veivakselen driver ved hjelp av en liten registerkjede eller belte til den underliggende kamakselen (se bildet nedenfor). Kamakselen skyver ventilløfteren og skyvestangen rett opp. Høyre side av vippearmen skyves opp. Vippearmen 'tumler' rundt vippearmens aksel og skyver venstre side ned. Dette tvinger ventilen nedover mot kraften fra ventilfjæren. Når kamakselen roteres videre, presser ventilfjæren ventilen lukket og vippearmen går tilbake til utgangsposisjonen.
Raske kamaksler:
Hvis kammen er mer oval og lengre, vil ventilen holde seg åpen lenger. Mer luft kan da strømme inn i sylinderen. Dette resulterer i kapitalgevinster. Dette prinsippet brukes blant annet ved motortuning. Dette kalles 'raske kamaksler'. Hvis enden er skarpere (mer i en punktform) vil ventilen lukkes raskere. Den må også være litt konveks, ellers vil ventilen smelle tilbake på setet med for høy hastighet, noe som forårsaker hard slitasje på ventilsetene. Ved konstruksjon av en motor testes også denne nøye, slik at det monteres kamaksler som er de mest optimale for effekt, drivstofforbruk og utslippsverdier.
Ventiloverlapping:
Under ventiloverlappingen er innløps- og utløpsventilene åpne kort samtidig. På slutten av eksosslaget, når stempelet er nesten ved TDC, åpnes inntaksventilen før eksosventilen stenges. I denne situasjonen er hastigheten på avgassene som forlater forbrenningskammeret så høy at inntaksluften allerede trekkes inn av vakuumeffekten. Etter at eksosventilen er stengt og stempelet beveger seg til ODP, åpnes inntaksventilen helt. Inntaksluften vil dermed fylle forbrenningsrommet.
Fordelen med ventiloverlapping er at hastigheten på den innkommende luften økes når innløpsventilen åpner, noe som gir høyere fyllingsgrad.
Figuren viser situasjonen der innløpsventilen (venstre) og eksosventilen (høyre) åpnes samtidig.
Diagrammet viser åpning og lukking av eksos- og innløpsventiler. Når kamakselen roterer, åpnes og lukkes eksosventilen igjen (de blå linjene). Ventiloverlappingen skjer i midten av grafen. Dette vises i rødt. Innløpsventilen (vist med grønne streker) er allerede åpnet litt her.
Ventiloverlappingen oppnås av kamformen. På bildet nedenfor kan du se at på den øvre kamakselen er de høyeste kammene 114 grader fra hverandre. I midten av figuren oppstår ventiloverlappingen fordi enden av inntakskammen og starten på eksoskammen er høyere enn den runde delen av kamakselen. Dette er den delen hvor inntaks- og eksosventilene er åpne samtidig.
Jo nærmere tappene er plassert, jo mer overlapping oppstår. Dette kan sees i forskjellen mellom øvre og nedre kamaksel, hvor kammene i den nedre kamakselen er 108 grader fra hverandre.
Ventiloverlapping oppstår derfor alltid og kan ikke endres på grunn av den faste kamformen på kamakselen. Mengden ventiloverlapping bestemmes av motorprodusenten.
Variabel ventiltiming og ventilløft:
Kraften til motoren er i stor grad avhengig av kamakselen. Hvis den har lange og ovale kam, vil ventilene holde seg åpne lenger. Dette betyr at mer luft kan komme inn og ut av motoren, som produserer mer kraft. Hvis kammene er kortere og pekere, vil ventilen åpne mindre og stenge raskere, slik at mindre luft kommer inn og ut, slik at den også produserer mindre kraft. Fordelen er at dette kan redusere drivstofforbruket.
Lave motorhastigheter med lav belastning krever:
- Inntaksventiler åpner sent og stenger tidlig.
- Eksosventiler åpner sent og stenger tidlig.
Høye motorhastigheter med høy belastning krever:
- Åpne inntaksventiler tidlig og lukk sent.
- Åpne eksosventilene tidlig og lukk sent.
Bilprodusenter ser alltid etter en mellomting. Variabel ventiltid justerer kamakselen til ønsket posisjon ved hastigheten som motoren går med. Variabel ventilløft er også en teknikk for å oppnå ulike fordeler ved å endre avstanden ventilen åpner.
På variabel ventiltid dreier kamakselen i forhold til det justerbare kamakseltandhjulet (se bilde). Med dette systemet kan det tilrettelegges at ventilene åpner tidligere eller senere, men det kan ikke tilrettelegges at ventilene forblir åpne lenger. Hvis ventilen åpner tidligere, vil den også stenge tidligere, fordi formen på kamakselen forblir den samme. På siden variabel ventiltid mer forklaring vil bli gitt om dette.
Variabel ventilløft er en teknikk som sikrer at løftehøyden på ventilen er justerbar. Dette styrer hvor langt ventilen åpner. Dette er gunstig for både drivstofforbruk og motoreffekt. Bildet nedenfor er et eksempel på dette. Dette er BMWs Valvetronic.
Variabel ventilløft brukes kun på inntakskamakselen. Det er flere teknikker som brukes av forskjellige produsenter. På side variabel ventilløft de forskjellige teknikkene er beskrevet i detalj.
Smøring:
Kamakselen må smøres, det samme gjør alle andre bevegelige komponenter i motoren. Kamakselen tilføres olje på de riktige stedene via rør med hull eller dyser. Driften av hele smøresystemet er beskrevet på siden smøresystem.
